Nature Microbiology | 张玉忠团队揭示海洋细菌有机硫代谢与防御的新机制

捕食者与猎物之间的捕食和防御是微生物领域重要的相互作用关系之一，细菌通过产生生物毒性物质以抵御捕食的化学防御机制广泛存在于海洋系统中。因此，解析有毒物质发挥拒捕食功能的分子机制对全面理解海洋微型生态系统中生物间相互作用关系至关重要。

二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）是海洋生态系统中含量最丰富的有机硫化合物之一，是全球硫循环的重要参与者，潜在参与全球气候调节。除此之外，DMSP还发挥许多重要生理和生态功能。前期研究表明，当藻类被捕食时，破裂的藻体通过裂解释放的DMSP产生高浓度的有毒物质丙烯酸，抵御藻食性浮游动物的进一步捕食，然而在细菌中是否存在相似的防御机制目前尚不清楚。

2021年10月25日，中国海洋大学、山东大学张玉忠教授团队与英国University of Warwick、中国科学院烟台海岸带研究所、中山大学等单位合作在Nature Microbiology上发表了文章Acrylate protects a marine bacterium from grazing by a ciliate predator，揭示了海洋细菌裂解二甲基巯基丙酸内盐产生丙烯酸以抵御纤毛虫捕食的化学防御机制。

在张玉忠教授的指导下，研究团队的博士研究生滕兆洁、王鹏副教授、陈秀兰教授等发现海洋细菌能够在DMSP裂解酶DddL的作用下，在细胞周质空间裂解DMSP产生并积累丙烯酸以抵御纤毛虫捕食，并使得纤毛虫将捕食压力转移到群落中不含dddL基因的细菌上，从而获得资源和空间上的竞争优势。

研究人员选择含有膜蛋白DddL的海洋菌株Puniceibacterium antarcticum SM1211为主要研究菌株，并揭示了该菌在胞外积累丙烯酸的机制。在此基础上，研究人员以纤毛虫海洋尾丝虫和菌株SM1211分别作为猎物和捕食者，建立基本捕食体系。通过生态捕食实验研究发现，在DMSP存在的情况下，菌株SM1211可以通过裂解DMSP产生丙烯酸，降低海洋尾丝虫短时间的捕食效率和长时间的生长速率，同时还能影响海洋尾丝虫对食饵的选择性，使得捕食压力转移到细菌群落中不含有dddL基因的细菌上，从而提高菌株SM1211在捕食过程中的存活率，调整细菌群落组成结构和不同营养级间能量流动。

该研究系统揭示了海洋细菌以DMSP作为前体物质发挥拒捕食功能的新机制，为深入探索海洋微型生态系统中生物间相互作用关系奠定基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41564-021-00981-1